Nukleozomu funkcijas, sastāvs un struktūra



The nukleozomu tā ir DNS iepakojuma pamatvienība eukariotiskajos organismos. Tāpēc tas ir mazākais hromatīna kompresijas elements.

Nukleozoms ir veidots kā olbaltumvielu proteīns, ko sauc par histoniem, vai cilindrisku struktūru, uz kuras ir brūvēts aptuveni 140 nm DNS, dodot gandrīz divus pilnus pagriezienus.

Turklāt tiek uzskatīts, ka papildus 40-80 ng DNS ir daļa no nukleozomas, un tā ir DNS daļa, kas ļauj fizikālai nepārtrauktībai starp vienu nukleozomu un citu sarežģītākās hromatīna struktūrās (piemēram, 30 nm hromatīna šķiedrā)..

Histona kods bija viens no pirmajiem epigenetiskajiem kontroles elementiem, kas vislabāk saprot molekulāri.

Indekss

  • 1 Funkcijas
  • 2 Sastāvs un struktūra
  • 3 Kromatīna blīvēšana
  • 4 Histonu un gēnu ekspresijas kods
  • 5 Euchromatin vs heterochromatin
  • 6 Citas funkcijas
  • 7 Atsauces

Funkcijas

Nucleosomes ļauj:

  • DNS iepakošana, lai padarītu to telpā kodola ierobežotajā telpā.
  • Nosakiet starpsienu starp hromatīnu, kas tiek izteikts (euchromatīns), un kluso hromatīnu (heterochromatin).
  • Organizēt visu hromatīnu gan telpā, gan funkcionāli kodolā.
  • Tie ir kovalento modifikāciju substrāts, kas nosaka gēnu, kas kodē proteīnus, izteiksmi un izteiksmes līmeni, izmantojot tā saucamo histona kodu.

Sastāvs un struktūra

Tās visvienkāršākajā nozīmē nukleozomi sastāv no DNS un proteīniem. DNS var būt praktiski jebkura divkāršu joslu DNS, kas atrodas eukariotiskās šūnas kodolā, bet nukleozomās olbaltumvielas pieder pie proteīnu kopas, ko sauc par histoniem..

Histoni ir neliela izmēra proteīni ar augstu aminoskābju atlikumu slodzi; tas ļauj neitralizēt DNS augsto negatīvo lādiņu un izveidot efektīvu fizisko mijiedarbību starp abām molekulām, nesasniedzot kovalentās ķīmiskās saites stingrību..

Histoni veido oktameru kā cilindru ar diviem histoniem H2A, H2B, H3 un H4. DNS dod gandrīz divus pilnus apgriezienus okameras malās un pēc tam turpina ar DNS saites savienotāja daļu, kas saistīta ar histonu H1, lai atgrieztos, lai iegūtu divus pilnus pagriezienus citā histona oktamērā.

Oktameru komplekts, saistītā DNS un tā atbilstošais DNS linkers ir nukleozs.

Kromatīna blīvēšana

Ģenētiskā DNS sastāv no ārkārtīgi garām molekulām (vairāk nekā viens metrs, ja cilvēks ir, ņemot vērā visas tās hromosomas), kas ir jāsaspiež un jāorganizē ļoti mazā kodolā..

Šī saspiešanas pirmais solis tiek veikts, veidojot nukleozomas. Tikai ar šo soli DNS tiek saspiesta apmēram 75 reizes.

Tas rada lineāru šķiedru, no kura tiek veidoti turpmākie hromatīna blīvuma līmeņi: 30 nm šķiedras, cilpas un cilpas cilpas.

Ja šūnu dalījums, vai nu mitozes, vai miozes dēļ, galīgais saspiešanas pakāpe ir pati mitotiskā vai meiotiskā hromosoma..

Histona kods un gēnu ekspresija

Fakts, ka histona oktamēri un DNS elektrostatiski mijiedarbojas, daļēji izskaidro to faktisko saistību, nezaudējot šķidrumu, kas nepieciešams, lai iegūtu hromatīna blīvēšanas un dekompozīcijas dinamiskos elementus..

Bet ir vēl pārsteidzošāks mijiedarbības elements: histonu N-gala galiem ir pakļauti ārpus oktameras iekšpuses, kompaktāki un inertāki.

Šīs galējības ne tikai fiziski mijiedarbojas ar DNS, bet arī tiek pakļautas vairākām kovalentām modifikācijām, par kurām būs atkarīga hromatīna blīvuma pakāpe un saistītās DNS ekspresija..

Kovalento modifikāciju kopa, cita starpā, atkarībā no veida un skaitļa, ir kopīgi pazīstama kā histona kods. Šīs modifikācijas ietver arginīna un lizīna atlikumu fosforilēšanu, metilēšanu, acetilēšanu, ubikvitināciju un sumoilēšanu histonu N terminālos..

Katra pārmaiņa kopā ar citiem tajā pašā molekulā vai citu histonu atliekās, īpaši histonos H3, noteiks saistītās DNS ekspresiju vai ne, kā arī hromatīna blīvuma pakāpi..

Kā vispārējs noteikums, ir redzams, ka, piemēram, hipermetilētie un hipoacetilētie histoni nosaka, ka saistītā DNS nav ekspresēta un ka šis hromatīns ir kompaktākā stāvoklī (heterohromatisks un tāpēc neaktīvs)..

Turpretī euchromatiskā DNS (mazāk kompakta un ģenētiski aktīva) ir saistīta ar hromatīnu, kura histoni ir hiperacetilēti un hipometilēti.

Echromatin vs heterochromatin

Mēs jau esam redzējuši, ka histonu kovalentās modifikācijas statuss var noteikt vietējā hromatīna ekspresijas un saspiešanas pakāpi. Globālā līmenī hromatīna sablīvēšanos regulē arī histonu kovalentās modifikācijas nukleozomās.

Piemēram, ir pierādīts, ka konstitutīvais heterohromatīns (kas nekad nav izteikts un blīvi iepakots) parasti atrodas blakus kodollapai, atstājot kodolpēles brīvas..

No otras puses, konstitutīvais euchromatīns (kas vienmēr tiek izteikts kā tas, kas ietver šūnu uzturēšanas gēnus un atrodas brīvās hromatīna reģionos), to dara lielās cilpās, kas atklāj transkripcijas iekārtai transkripcijas iekārtu..

Citi genoma DNS reģioni svārstās starp šīm divām valstīm atkarībā no organisma attīstības laika, augšanas apstākļiem, šūnu identitātes utt..

Citas funkcijas

Lai ievērotu savu šūnu attīstības, izteiksmes un uzturēšanas plānu, eukariotisko organismu genomiem ir jābūt smalki regulētam, kad un kā jāatklāj viņu ģenētiskais potenciāls..

Sākot ar informāciju, kas glabājas viņu gēnos, tie atrodas kodolā noteiktos reģionos, kas nosaka to transkripcijas stāvokli.

Tāpēc mēs varam teikt, ka vēl viena no nukleozomu būtiskajām lomām, veicot hromatīna izmaiņas, kas palīdz definēt, ir to kodolu organizācija vai arhitektūra, kas tos uztur..

Šī arhitektūra ir iedzimta un ir filogenetiski saglabāta, pateicoties šo informatīvo iepakojumu moduļu elementiem.

Atsauces

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014).th Izdevums). W. Norton & Company, Ņujorka, Ņujorka, ASV.
  2. Brooker, R. J. (2017). Ģenētika: analīze un principi. McGraw-Hill augstākā izglītība, Ņujorka, NY, ASV.
  3. Cosgrove, M. S., Boeke, J. D., Wolberger, C. (2004). Regulētais nukleozomu mobilitāte un histona kods. Nature Structural & Molecular Biology, 11: 1037-43.
  4. Goodenough, U. W. (1984) Ģenētika. W. B. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, ASV.
  5. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Ievads ģenētiskajā analīzē (11. \ Tth ed.). Ņujorka: W. H. Freeman, Ņujorka, Ņujorka, ASV.